钨铜复合材料优化设计.doc

摘要:W/Cu复合材料性能的独特使其被广泛用作真空断路器、电接触器、热沉材料等。并且因为钨铜之间性能有较大的差异，一直以来W/Cu复合材料的制备工艺都是材料工作者的研究热点。然而，由于传统工艺中存在致密化程度低、微观组织不均匀或者成分受限制等的一系列问题，W/Cu复合材料因而没有办法发挥出它最大的潜力。本文通过等离子喷涂技术在铜合金基体上制备具有不同适配层的钨涂层第一壁复合材料，并且对其界面行为进行相关方面的的研究和设计。通过ANSYS有限元分析软件进行钨/铜复合材料模型的建立；钨/铜界面异质适配层的增强效果比较分析；W/Cu界面适配层的结构优化。通过W/Cu之间引入适配层的方法改善钨/铜复合材料界面行为：降低热应力集中，提高界面结合性能，增强材料热负荷性能，延长其寿命，优化W/Cu适配层结构。分析结果表明：NiCrAl、Ti和W/Cu适配层都能有效降低界面最大热应力，其中W/Cu适配层使其降幅高达23％；W/Cu适配层的应用对等离子体部件温度分布影响较小：对于l mm钨涂层，0．1mm、25vol％W/Cu是最优化适配层结构。

关键词：W-Cu复合材料；有限元模拟；界面行为；适配层

目录

摘要

Abstract

第一章  绪论-1

1.1引言-1

1.2  W∕Cu复合材料的现状与发展-1

1.3 W∕Cu复合材料在核聚变实验装置中的应用-2

1.3.1 托卡马克第一壁材料-2

1.3.1.1第一壁上的材料热负荷分布-2

1.3.1.2 托卡马克第一壁材料的选择要求-3

第二章  利用ANSYS建立带有适配层结构的钨铜复合材料模型-5

2.1 引言-5

2．2热应力有限元模拟的理论知识-5

2.2.1 热应力理论基础-5

2.2.2 温度场问题的微分方程和定解条件-7

2．2.2.1 温度场问题微分方程-7

2.2.2.2 温度场问题的定解条件-7

2.2.3 热弹性问题的基本方程和求解-8

2.2.3.1 热弹性基本方程和边界条件-8

2.2.3.2 热弹性基本方程的求解-10

2．3 模型的建立-10

第三章 适配层的选择和结构优化-11

3.1引言-11

3.2 W∕Cu界面适配层的选择-13

3.3 W/Cu适配层的优化-15

第四章 全文总结-19

致谢-20

参考文献-21